Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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PROCEDE DE DEAZOTATION D'UNE CHARGE D'UN MELANGE LIQUEFIE
D'HYDROCARBURES CONSISTANT PRINCIPALEMENT EN METHANE ET
RENFERMANT AU MOINS 2 ~ MOLAIRE D'AZOTE
L'invention a trait à un procédé de déazotation
d'une charge d'un mélange liquéfié d'hydrocarbures, désigné
en abrégé par GNL, consistant principalement en méthane et
renfermant également au moins 2% molaire d'azote, pour
abaisser cette teneur en azote à moins de 1% molaire.
Les gaz qui sont fournis sous l'appellation de gaz
naturels aux fins d'utilisation comme gaz combustibles ou
comme composantes de gaz combustibles, sont des mélanges
d'hydrocarbures consistant principalement en méthane et
renfermant généralement de l'azote en quantité variable
pouvant atteindre 10% molaire ou plus.
I1 est courant de liquéfier les gaz naturels sur
leur site d'obtention pour produire des gaz naturels
liquéfiés (GNL), cette liquéfaction permettant de réduire
d'environ six cents fois le volume occupé par une quantité
molaire donnée de mélange gazeux d'hydrocarbures, et de
transporter ces gaz liquéfiés vers les lieux d'utilisation
en réalisant ce transport dans des réservoirs thermiquement
isolés de grandes dimensions se trouvant sous une pression
égale ou légèrement supérieure à la pression atmosphérique. ,
Sur les lieux d'utilisation, les gaz liquéfiés sont soit
vaporisés pour une utilisation immédiate comme gaz
combustibles ou comme composantes de gaz combustibles ou
bien sont stockés dans des réservoirs du même type que les
réservoirs de transport en vue d'une utilisation ultérieure.
La présence d'azote en quantité significative, par
exemple supérieure à 1% molaire, dans le gaz naturel
liquéfié est néfaste car elle augmente le coût de transport
d'une quantité donnée d'hydrocarbures et de plus elle réduit
le pouvoir calorifique du gaz combustible produit par
vaporisation d'un volume donné de gaz naturel liquéfié et il
est de pratique courante de soumettre le gaz naturel
liquéfié avant son transport ou avant sa vaporisation à une
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déazotation en vue d'abaisser sa teneur en azote à une
valeur acceptable, généralement inférieure à 1% molaire et
de préférence inférieure à 0,5% molaire.
L'article de J-P. G. Jacks et J.C. McMillan intitulé
"Economic removal of nitrogen from LNG" et publié dans la
revue HYDROCARBON PROCESSING; Decembre 1977, pages 133 à
136, décrit entre autres un procédé de déazotation de. gaz
naturel liquéfié par stripage avec rebouillage dans une
colonne de déazotation. Dans un tel procédé (cf.figure 3),
on soumet une charge de GNL ayant une pression supérieure à
la pression atmosphérique à une réfrigération par échange
indirect de chaleur puis détente à une pression voisine de
la pression atmosphérique, on introduit la charge de GNL
réfrigérée dans une colonne de déazotation comportant une
pluralité d'étages théoriques de fractionnement, on prélève
une fraction de GNL en fond de la colonne de déazotation et
utilise ladite fraction pour'réaliser l'échange indirect de
chaleur avec la charge de GNL à traiter, puis réinjecte
cette fraction, après ledit échange de chaleur, dans la
colonne de déazotation comme fraction de rebouillage, en
réalisant cette injection en dèssous du dernier plateau
inférieur de la colonne de déazotation, on évacue en tête de
la colonne de déazotation une fraction gazeuse riche en
méthane et en azote et soutire en fond de ladite colonne un
courant de GNL déazoté. La fraction gazeuse riche en méthane
et en azote recueillie en tête de la colonne de déazotation
est comprimée, après récupération des frigories qu'elle
contient, pour former un courant de gaz combustible qui est
utilisé sur le site incluant l'installation de déazotation.
Un inconvénient majeur du procédé de déazotation tel
que précité réside dans le fait que la quantité de gaz
combustible obtenue à partir de la fraction gazeuse riche en ,
méthane et en azote recueillie en tête de la colonne de
déazotation est très supérieure aux besoins du site,
généralement site de liquéfaction du gaz naturel, sur lequel
est présente l'unité de déazotation. Si l'on conduit la
déazotation de manière à ce que la teneur en méthane du gaz
combustible produit corresponde aux besoins de
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l'installation, la fraction gazeuse évacuée en tête de la
colonne de déazotation et par conséquent le gaz combustible
lui correspondant renferment une quantité importante
d'azote, qui dans certains cas peut être supérieure à 50~
molaire. Pour effectuer la combustion d'un tel gaz
combustible, il est nécessaire de faire appel à une
technologie de brûleur adaptée aux gaz combustibles à faible
pouvoir calorifique, d'où il s'ensuit des problèmes
technologiques lorsque l'on est obligé de remplacer ledit
gaz combustible par un gaz naturel à fort pouvoir
calorifique.
La demande de brevet allemand N° 3 822 175, publiée
le 04.01.90, concerne un procédé de déazotation de gaz
naturel, dans lequel le gaz naturel sous pression élevée est
refroidi, après séparation des composés à points
d'ébullition élevés qu'il renferme, par échange indirect de
chaleur, puis détendu à une pression de quelques bars pour
produire une phase liquide de gaz naturel, qui est
introduite dans une colonne de déazotation opérant sous une
pression de quelques bars, ladite colonne produisant, en
tête, une fraction gazeuse riche en azote et, en fond, un ,
courant de GNL déazoté. Dans ce procédé, on prélève une
première et une deuxième fraction de liquide dans la colonne
de déazotation, à des niveaux de cette colonne situés entre
sa partie médiane et sa partie inférieure et en-dessous du
niveau d'introduction de la phase liquide de gaz naturel, et
utilise ces fractions pour réaliser l'échange indirect de
chaleur entrafnant le refroidissement du gaz naturel, puis
on réinjecte lesdites fractions, après ledit échange de
chaleur, dans la colonne de déazotation. La réinjection de
chaque fraction est effectuée à un niveau de la colonne de
déazotation situé en-dessous du niveau de prélèvement de
cette fraction et de telle sorte que le niveau de
réinjection de la fraction prélevée le plus haut soit situé
entre les niveaux de p~'élèvement des, deux fractions.
L'invention a pour objet un procédé perfectionné de
déazotation d'un GNL utilisant une colonne de déazotation
avec rebouillage, qui permet d'abaisser aisément la teneur
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du GNL en azote à moins de 1% molaire et plus
particulièrement à moins de 0,5% molaire, tout en limitant
la quantité de gaz combustible produite et la teneur en
azote de ce gaz combustible.
Le procédé selon l'invention pour la déazotation
d'une charge d'un mélange liquéfié d'hydrocarbures (GNL)
consistant principalement en méthane et renfermant au moins
2% molaire d'azote, pour abaisser cette teneur en azote à
moins de 1% molaire, est du type dans lequel on soumet la
charge de GNL à traiter, amenée sous une pression supérieure
à 0,5 MPa, à une réfrigération par échange indirect de
chaleur et détente à une pression comprise entre 0,1 MPa et
0,3 MPa, on introduit la charge de GNL réfrigérée dans une
Galonne de déazotation comportant une pluralité d'étages
théoriques de fractionnement, on prélève au moins une
première fraction de GNL dans la colonne de déazotation à un
niveau situé en-dessous du niveau d'introduction de la
charge de GNL réfrigérée et utilise ladite première fraction
pour réaliser l'échange indirect de chaleur avec la charge
de GNL à traiter, puis réinjecte cette première fraction,
après ledit échange de chaleur, dans la colonne de
' déazotation comme première fraction de rebouillage, en
réalisant cette injection à ûn niveau situé en-dessous du
niveau de prélèvement de ladite première fraction, on évacue
en tête de la colonne de déazotation une fraction gazeuse
riche en méthane et en azote et soutire en fond de ladite
colonne un courant de GNL déazoté, et il se caractérise en
ce que la détente de la charge de GNL è traiter comporte une
détente primaire, réalisée de façon dynamique dans une
turbine en amont ou en aval, de prëférence en amont, de
l'échange indirect de chaleur entre la charge de GNL et la
ou les fractions de GNL prélevées dans la colonne de
déazotation, et une détente secondaire effectuée de manière
statique après ledit échange indirect de chaleur et la
détente dynamique.
Avantageusement, la détente primaire dynamique de la
charge de GNL est réalisée jusqu'à une pression telle qu'il
n'y ait pas vaporisation de GNL dans la turbine de détente.
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De préférence, selon l'invention, on prélève
également une deuxième fraction de GNL dans la colonne de
déazotation à un niveau de cette colonne situé entre le
niveau d'introduction de la charge de GNL réfrigérée et le
5 niveau de prélèvement de la première fraction de GNL, on
amène cette deuxième fraction de GNL en échange indirect de
chaleur avec la charge de GNL ayant déjà subi l'échange
indirect de chaleur avec la première fraction de GNL et l'on
réinjecte cette deuxième fraction de GNL, après l'échange de
ZO chaleur, dans la colonne de déazotation comme deuxième
fraction de rebouillage, en réalisant cette injection à un
niveau situé entre les niveaux de prélèvement desdites
première et deuxième fractions de GNL. De préférence, les
niveaux de prélèvement de la première fraction de GNL et de
réinjection de la deuxième fraction de GNL dans la colonne
de déazotation sont séparés par au moins deux étages
théoriques de fractionnement. '
Dans une forme de mise en oeuvre du procédé selon
l'invention, on soumet tout d'abord la charge de GNL à
déazoter à la détente primaire dynamique, puis on divise la
charge de GNL détendue dynamiquement en un courant
majoritaire, que l'on soumet à l'échange indirect de chaleur
avec--la ou les fractions de GNL prélevées dans~la colonne de
déazotation, puis à la détente secondaire statique, et en un
courant minoritaire, que l'on refroidit par échange indirect
de.chaleur avec la fraction gazeuse riche en méthane et en
azote évacuée en tête de la colonne de déazotation et que
l'on détend ensuite statiquement, et l'on réunit les
courants majoritaire et minoritaire refroidis et détendus
statiquement pour constituer la charge réfrigérée de GNL que
l'on introduit dans la. colonne de déazotation.
La fraction gazeuse riche en méthane et en azote,
que l'on évacue en tête de la colonne de déazotation, est
débarrassée de ses frigories par échange indirect de chaleur
avec des fluides plus chauds, puis elle est comprimée à la
pression appropriée pour former un courant de gaz
combustible utilisé sur le site incluant l'installation de
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déazotation, ladite compression étant généralement réalisée
en plusieurs stades.
Selon une forme avantageuse de mise en oeuvre, on
dérive une fraction du courant de gaz combustible, on
transforme ladite fraction en une fraction de gaz
partiellement liquéfié ayant une température inférieure à
celle de la charge de GNL réfrigérée introduite dans la
colonne de déazotation et une pression correspondant
sensiblement à celle régnant en tête de la colonne de
déazotation, en opérant par compression, échange indirect de
chaleur avec la fraction gazeuse riche en méthane et en
azote évacuée en tête de la colonne de déazotation, puis
détente statique, et l'on injecte la fraction de gaz
partiellement liquéfié ainsi produite dans la colonne de
déazotation, comme fluide de reflux, à un niveau situé entre
le niveau d'introduction de la charge de GNL réfrigérée et
le niveau d°évacuation de la fraction gazeuse riche en
méthane et en azote. Cette manière d'opérer améliore le
fractionnement dans la colonne de déazotation et réduit la
quantitë de méthane passant dans la fraction gazeuse évacuée
en tête de la colonne de déazotation.
Dans une variante de la forme de mise en oeuvre ci-
dessus, qui permet de produire un gaz consistant presque
exclusivement en azote à partir de la fraction de gaz
liquéfié, destinée à constituer le fluide de reflux de la
colonne de déazotation et formée à partir de la fraction
dérivée du courant de gaz combustible, on divise la fraction
de gaz liquéfié issue de l'étape d'échange indirect de
chaleur en un premier flux et un second flux de gaz
liquéfié, on soumet le premier flux de gaz liquéfié à une
détente statique pour former un flux détendu ayant une
pression correspondant sensiblement à la pression régnant en ,
tête de la .colonne de déazotation, on soumet le second flux
de gaz liquéfié à une détente suivie d'un fractionnement, ,
dans une colonne de distillation, de manière à produire, en
tête de cette colonne, un courant gazeux consistant presque
exclusivement en azote et à soutirer, en fond de ladite
colonne, un courant liquide composé de méthane et d'azote,
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on soumet ledit courant liquide à une détente statique pour
former un courant biphasique détendu ayant une pression
correspondant sensiblement à celle du flux détendu et l'on
réunit 1e flux et le courant biphasique détendus pour former
le fluide de reflux injecté dans la colonne de déazotation.
Avantageusement, dans cette variante-, le courant biphasique
détendu, avant d'être réuni au flux détendu, passe en
échange de chaleur indirect avec le contenu de la colonne de
distillation à un niveau de cette colonne situé entre le
niveau d'évacuation du courant gazeux consistant presque
exclusivement en azote et le niveau d'introduction du second
flux de gaz liquéfié.
Selon l'invention, on peut utiliser le travail
généré par la turbine réalisant la détente primaire
dynamique du GNL à déazoter pour effectuer une partie de la
compression multiétagée, qui est réalisée sur la fraction
gazeuse riche en méthane et en azote évacuée en tête de la
colonne de déazotation, après récupération des frigories
contenues dans ladite fraction, et conduit à la production
du courant de gaz combustible. De préférence, le travail .
généré par la turbine de détente dynamique est utilisé pour
effectuer le stade final de ladite compression multiétagée.
On peut encore soumettre la charge de GNL à déazoter
à une détente intermédiaire entre les détentes primaire et
secondaire pour séparer de ladite charge une phase gazeuse
riche en méthane et en azote et injecter ladite phase
gazeuse, après récupération de ses frigories, dans un étage
intermédiaire de la compression multiétagée conduisant à la
production du courant de gaz combustible.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront
mieux à la lecture de la description donnée ci-après de
plusieurs formes de mise en oeuvre du procédé selon
l'invention se référant aux figures 1 à 4 du dessin annexé
schématisant des installations pour effectuer lesdites mises
en oeuvre.
Sur ces différentes figures, un même élément porte
toujours le même signe de référence.
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En se référant à la figure 1, une charge d'un GNL à
déazoter, arrivant par un conduit 1, subit une détente
primaire dynamique dans une turbine 21 jusqu'à une pression
intermédiaire comprise entre la pression de la charge de GNL
dans le conduit 1 et la pression comprise entre 0, 1 MPa et
0,3 MPa, ladite pression intermédiaire étant de préférence
telle qu'il n'y ait pas vaporisation de GNL dans la turbine
de détente. Cette détente primaire dynamique fournit un
courant semi-détendu 22 de GNL, qui passe ensuite dans
l'échangeur indirect de chaleur 2 pour y être réfrigéré,
puis subit une détente secondaire statique en traversant la
vânne 3 pour amener sa pression à une valeur comprise entre
0.,1 MPa et 0,3 MPa et poursuivre sa réfrigération. La charge
de GNL réfrigérée et détendue est ïntroduite, par un conduit
4, dans une colonne 5 de déazotation, qui consiste en une
colonne de fractionnement comportant une pluralité d'étages
théoriques de fractionnement, ladite colonne 5 étant, par
exemple, une colonne à plateaux ou bien une colonne à
garnissage. Par un conduit 6, disposé à un niveau situé en-
dessous du niveau d'introduction de la charge de GNL
réfrigérée et détendue, on prélève une première fraction de
GNL dans la colonne 5 de déazotation et soumet ladite
fraction, dans l'échangeur de chaleur 2, à un échange
indirect de chaleur à contre-courant avec la charge de GNL
traversant ledit échangeur, pour refroidir cette charge au
moyen des frigories de la première fraction de GNL, puis on
réinjecte cette première fraction, après ledit échange de
chaleur, dans la colonne 5, par un conduit 7, comme première
fraction de rebouillage, en réalisant cette injection à un
niveau situé en-dessous du niveau de prélèvement de la
première fraction de GNL par le conduit 6. On prélève
également, par un conduit 8, une deuxième fraction de GNL ,
dans la colonne 5, à un niveau situé entre le niveau
d'introduction de la charge de GNL réfrigérée et détendue et
le niveau de prélèvement de la première fraction de GNL, et
soumet ladite deuxième fraction, dans l'échangeur de chaleur
2, à un échange indirect de chaleur à contre-courant avec la
charge de GNL ayant déjà subi l'échange indirect de chaleur
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avec la première fraction de GNL pour poursuivre la
réfrigération de ladite charge, puis on réinjecte cette
deuxième fraction de GNL, après l'échange de chaleur, dans
la colonne 5, par un conduit 9, comme deuxième fraction de
rebouillage, en réalisant cette injection à un niveau situé
entre les niveaux de prélèvement desdites première et
deuxième fractions. Les niveaux- de prélèvement de la
première fraction de GNL et de réinjection de 1a deuxième
fraction de GNL dans la colonne 5 de déazotation sont
séparés par au moins deux étages théoriques de
fractionnement, c'est-à-dire par au moins deux plateaux dans
le cas d'une colonne 5 du type à plateaux ou par au moins
une hauteur de garnissage, correspondant à deux plateaux
théoriques dans le cas d'une colonne 5 du type à garnissage.
En tête de la colonne 5, on évacue, par un conduit 10, une
fraction gazeuse riche en méthane et en azote et ayant
sensiblement 1a température de la charge de GNL introduite
dans la colonne 5 par le conduit 4, et l'on soutire en fond
de colonne 5, par un conduit 11 sur lequel est montée une
pompe 12 , un courant de GNL déazoté apte au stockage ou au
transport. La fraction gazeuse évacuée en tête de la colonne
5, par le conduit 10, est amenée à passer, dans un échangeur
de chaleur 13, en échange indirect de chaleur avec un ou
plusieurs fluides à température plus élevée 1~4 de manière à
leur céder ses frigories, puis est introduite, à l'issue de
l'échange de chaleur, dans le premier compresseur 16 d'un
ensemble compresseur multiétagé 15 comportant un premier
compresseur 16 associé à un premier réfrigérant 17 et un
deuxième compresseur 18 associé à un deuxième réfrigérant
19, ledit ensemble compresseur fournissant un courant 20 de
gaz combustible comprimé à 1a pression requise pour san
utilisation.
En se référant à la figure 2, qui schématise une
installation renfermant tous les éléments del'installation
schématisée sur la figure 1 et d'autres éléments, la charge
de GNL à déazoter arrivant par un conduit 1 subit une
détente primaire dynamique dans une turbine 21 jusqu'à une
pression intermédiaire comprise entre la pression de la
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2099Q031~
charge de GNL dans le conduit 1 et la pression comprise
entre 0,1 MPa et 0,3 MPa, ladite pression intermédiaire
étant de préférence telle qu' il n' y ait pas vaporisation de
GNL dans la turbine de détente. Cette détente primaire
dynamique fournit un courant semi-détendu de GNL 22, que
l'on divise en un courant majoritaire 23, que l'on soumet à
l'échange indirect de chaleur dans l'échangeur indirect de
chaleur 2 pour y être réfrigéré, puis à la détente
secondaire statique par passage à travers la vanne 3 pour
amener sa pression à la valeur comprise entre 0,1 MPa et
0,3 MPa et poursuivra sa réfrigération, et en un courant
minoritaire 24, qui est amené à passer, dans l'échangeur
indirect de. chaleur 13, en échange indirect de chaleur à
contre-courant avec la fraction gazeuse riché en méthane et
en azote évacuée en tête de la colonné 5 de déazotation, par
le conduit 10, pour abaisser sa température et que l'on
détend ensuite statiquement, par passage à travers une vanne
25, pour amener sa pression à une valeur voisine de ladite
valeur comprise entre 0,1 MPa et 0,3 MPa. Les courants
majoritaire 23D et minoritaire 24D de GNL réfrigérés et
détendus, issus respectivement des vannes 3 et 25, sont
réunis pour former la charge de GNL réfrigérée et détendue
que 1' on introduit, par le conduit 4 , dans la colonne 5 de
déazotation. Les opérations réalisées dans la colonne 5 de
déazotation et les échangeurs indirect de chaleur 2 et 13
comportent celles décrites pour les éléments correspondants
de l'installation de la figure 1. En plus des compresseurs
16 et 18 et des réfrigérants associés 17 et 19, l'ensemble
compresseur 15 comporte un compresseur final 26 et un
réfrigérant 27 associé, ce dernier compresseur étant
entrafné par la turbine de détente 21. La traction gazeuse
10, ayant traversé l'échangeur de chaleur 13, est amenée à
l'ensemble compresseur 15, dans lequel ladite fraction est
comprimée en trois étages, tout d'abord dans le compresseur
16, puis dans le compresseur 18 et enfin dans le compresseur
final 26, pour obtenir en sortie du compresseur 26 un
courant 20 de gaz combustible comprimé à la pression requise
pour son utilisation.
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11
On dérive une fraction 28 du courant de gaz
combustible 20 et soumet ladite fraction à un traitement
comportant une compression dans un compresseur 29, puis un
refroidissement dans un réfrigérant 30 associé au
compresseur 29 suivi d'une réfrigération par échange
indirect de chaleur à contre-courant, dans un échangeur
indirect de chaleur 31, placé entre l'échangeur indirect de
chaleur 13 et l'ensemble compresseur 15, et-ensuite dans
ledit échangeur de chaleur 13, avec la fraction gazeuse à
basse température et riche en méthane et en azote évacuée en
tête de la colonne 5 de déazotation, par le conduit 10, et
enfin une détente statique à travers une vanne 32, pour
produire une fraction de gaz partiellement liquéfié ayant
une température inférieure à celle de la charge de GNL
réfrigérée introduite dans ladite colonne 5 et une pression
correspondant sensiblement à celle régnant en tête de cette
colonne,,laquelle fraction de gaz partiellement liquéfié est
injectée dans la colonne 5, par un conduit 33, comme fluide
de reflux à un niveau situé entre le niveau d'introduction
de la charge de GNL réfrigérée par le conduit 4 et le niveau
d'évacuation, par le conduit 10, de la fraction gazeuse à
basse température riche en azote et en méthane.
La forme de mise en oeuvre du procédé selon
l'invention, qui fait appel à l'installation schématisée sur
la figure 3, diffère seulement de la forme de mise en oeuvre
du procédé utilisant l'installation schématisée sur la
figure 2 par un traitement complémentaire de la fraction de
gaz liquéfié destinée à former le fluide de reflux de la
colonne de déazotation en vue de produire un fluide de
reflux appauvri en azote et un courant gazeux consistant
presque exclusivement en azote. L'installation de la figure
3 renferme donc tous les éléments de l'installation de la
figure 2 et des éléments propres audit traitement
complémentaire. En se référant à la figure 3, la charge de
GNL à déazoter, arrivant par un conduit 1, est soumise à un
traitement comparable à celui décrit pour la forme de mise
en oeuvre utilisant l'installation de la figure 2. Pour le
traitement .complémentaire précité, la fraction de gaz
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'~UUJUU~2
liquéfié 28R issue de l'échange indirect de chaleur, réalisé
successivement dans les échangeurs indirects de chaleur 31
et 13, est divisée en un premier flux 34 et un second flux
35 de gaz liquéfié. On soumet le premier flux 34 de gaz
liquéfié à une détente statique par passage à travérs la
vanne 32 pour former un flux détendu ayant une pression
correspondant sensiblement à la pression régnant en tête de
la colonne 5 de déazotation. On soumet le second flux 35 de
gaz liquéfié, après détente statique par passage à travers
10. une vanne 36, à un fractionnement dans une colonne de
distillation 37, de manière à produire, en tête de cette
colonne, un courant gazeux 41 formé presque exclusivement
d'azote et à soutirer, en fond de ladite colonne 37, un
courant liquide 38 composé de méthane et d'azote. Le courant
liquide 3.8 est soumis à une détente statique, par passage à
travers une vanne 39, pour amener sa pression à une valeur
correspondant sensiblement à celle du flux détendu issu de
la vanne 32, puis le courant 40 biphasique détendu obtenu
passe dans la partie supérieure de la colonne de
distillation 37 en échange indirect de chaleur avec le
contenu de cette colonne, à un niveau situé entre le niveau
d'évacuation du courant gazeux 41 et le niveau
d'introduction du second flux 35 de gaz liquéfié, pour
refroidir davantage ledit contenu, après quoi ledit courant
biphasique détendu est réuni au flux détendu issu de la
vanne 32 pour former la fraction de gaz partiellement
liquéfié injectée dans la colonne 5 de déazotation, par le
conduit 33, comme fluide de reflux. Le courant gazeux 41
constitué presque exclusivement d'azote ~ivacué en tête de la
colonne de distillation 37 posséda une température comprise
entre la température du fluide de reflux injecté, par le
conduit 33, dans la colonne de déazotation 5 et la
température de la charge de GNL réfrigérée introduite, par
le conduit 4, dans ladite colonne 5. Ce courant gazeux 41 .
est amené à passer successivement dans les échangeurs
indirects de chaleur 13 et 31 pour céder ses frigories aux
fluides plus chauds, entre autres fraction 28 dérivée du gaz
combustible 20 et courant minoritaire 24 de la charge de GNL
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13
semi-détendue, par échange indirect de chaleur à contre-
- courant, avant d'être dirigé vers ses utilisations.
La forme de mise en oeuvre du procédé selon
l'invention, qui fait appel à l'installation schématisée sur
la figure 4, diffère seulement de la forme de mise en oeuvre
du procédé utilisant l'installation schématisée sur la
figure 3 par la réalisation d'une détente additionnelle du
courant majoritaire 23 de la charge de GNL semi-détendue
avant la phase d'échange indirect de chaleur dans
l'échangeur indirect de chaleur 2;~ pour séparer dudit
courant 23 une phase gazeuse riche en méthane et en azote et
réduire la quantité de fraction gazeuse l0 amenée à l'entrée
de l'ensemble compresseur multiétagé 15, ladite phase
gazeuse étant réinjectée dans la fraction gazeuse 10 dans un
étage intermédiaire de la compression de cette fraction
gazeuse dans l'ensemble compresseur 15. En se référant à la
figure 4, qui renferme tous les éléments de la figure 3 et
d'autres éléments, la charge de GNL à déazoter, arrivant par
un conduit 1, est soumise à une détente primaire dynamique
dans la turbine 21 pour former le courant semi-détendu 22 de
GNL, qui est divisé en le courant minoritaire 24, traité
comme indiqué dans les mises en oeuvre se référant aux
figures 2 et 3, et le courant majoritaire 23. Ce courant
majoritaire de GNL semi-détendu est soumis à une détente
statique additionnelle, à une pression restant supérieure à
la pression comprise entre 0,1 MPa et 0,3 MPa en aval de la
vanne 3, par passage à travers une vanne 42 et un ballon
séparateur 43. En tête dudit séparateur 43 on évacue une
phase gazeuse 45 riche en méthane et en azote et en fond de
ce séparateur on soutire un courant 44 de GNL. Ce courant 44
de GNL est ensuite soumis au traitement comportant les
opérations décrites pour le traitement du courant
majoritaire 23 de GNL dans 1~a mise en oeuvre du procédé
faisant appel à l'installation de la figure 3 et aboutissant
au courant 11 de GNL déazoté, au courant 20 de gaz
combustible et au courant 41 d'azote. La phase gazeuse 45
riche en méthane et en azote est amenée à passer
successivement dans les échangeurs indirects de chaleur 13
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~U9!~UU3 14
et 31 pour céder ses frigories aux fluides plus chauds,
entre autres fraction 28 dérivée du courant de gaz
combustible 20 et courant minoritaire 24 de la charge de GNL
servi-détendue, par échange indirect de chaleur à contre-
s courant, puis elle est envoyée à l'aspiration d'un
compresseur 46, qui est alimenté également- par le
compresseur 16 de l'ensemble compresseur 15 multiétagé et
dont le refoulement est connecté en série, à travers le
réfrigérant 17, à l'aspiration du compresseur 18 de
l0 l'ensemble compresseur 15.
Pour compléter la description qui précède, on donne
ci-après, à titre non limitatif quatre exemples de mise en
oeuvre du procédé. selon l'invention, chaque mise en oeuvre
faisant appel à une installation différente choisie parmi
35 celles schématisées sur les figures 1 à 4 du dessin annexé.
EXEMPLE 1
En faisant appel à une installation analogue à celle
schématisée sur la figure 1 du dessin annexé et fonctionnant
comme décrit précédemment, on traitait un GNTJ (gaz naturel
20 liquéfié) ayant la composition molaire suivante
. Méthane . 88
. Ethane . 5,2 %
. Propane . 1,7 %
. Iso-butane . 0,3 %
25 . n-butane . 0,4 %
. . Iso-pentane . 0,1 %
. Azote . 4,3 %
La charge de GNL à traiter, arrivant par le conduit
1 avec un débit de 20 000 kmoles/h, une pression de 5,7 MPa
30 et une température de -149,3°C, subissait une détente
primaire dynamique dans la turbine 21 pour fournir un
courant servi-détendu de GNL 22 ayant une température de -
150°C et une pression de 450 kPa. Le courant 22 de GNL semi-
détendu subissait une première réfrigération à -162°C par
35 passage dans l'échangeur indirect de chaleur 2, puis
subissait une détente secondaire à travers la vanne 3 pour
former une charge de GNL réfrigérée et détendue ayant une
température de -166°C et .une pression de 120 kPa, laquelle
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charge était introduite sur le plateau de tête de la colonne
5 de déazotation comportant onze plateaux numérotés de
manière croissante vers le bas. Au niveau du dixième
plateau, on prélevait une première fraction de GNL dans la
5 colonne 5, par le conduit 6, ladite fraction ayant une
température de -159,5°C et un débit de 19265 kmoles/h, puis
faisaït passer ladite fraction dans l'échangeur indirect de
chaleur 2 et retournait ensuite cette fraction dans la
colonne 5, par le conduit 7, comme première fraction de
10 rebouillage à un niveau situé sous le plateau inférieur de
ladite colonne. Au niveau du quatrième plateau, on prélevait
une deuxième fraction de GNL dans la colonne 5, par le
conduit 8, ladite fraction ayant une température de -164°C
et un débit de 19425 kmoles/h, puis faisait passer ladite
15 fraction dans l'échangeur indirect de chaleur 2 et
retournait ensuite cette fraction dans la colonne 5, par le
conduit 9, comme deuxième fraction de rebouillage à un
niveau situé entre les quatrième et cinquième plateaux. En
fond de la colonne 5, par le conduit 11, on soutirait, avec
un débit de 18290 kmoles/h, un courant de GNL déazoté ayant
une température de -158,5°C et une teneur molaire en azote
égale à 0,2%. En tête de la colonne 5, par le conduit l0, on
évacuaït, avec un débit de 1713 kmoles/h, une fraction
gazeuse ayant une température de -166°C et une pression de
120 kPa, ladite fraction renfermant, en pourcentage molaire,
48,1% d'azote et 51,9% de méthane, les hydrocarbures
supérieurs représentant moins de 40 p.p.m. molaires. La
fraction gazeuse 10 passait dans l'échangeur de chaleur 13
où sa température. était amenée à -46°C par échange indirect
de chaleur à contre-courant avec un fluide amené à une
température de -25°C, puis elle était envoyée à l'aspiration
du premier compresseur 16 de l'ensemble compresseur 15 pour
être comprimée dans ledit ensemble. Cet ensemble compresseur
multiétagé fournissait 1713 kmoles/h d'un courant 20 de gaz
combustible comprimé, qui après refroidissement dans le
réfrigérant 19, avait une température de 40°C et une
pression de 2,5 MPa.
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16 '
EXEMPLE 2 .
En faisant appel à une installation analogue à celle
schématisée sur la figure 2 du dessin annexé et fonctionnant
comme. décrit précédemment, on traitait un GNL ayant les
mêmes composition, pression et débit que le GNL de l'exemple
1.
La charge de GNL, arrivant par le conduit 1 avec une
température de -148,2°C, subissait une détente primaire
dynamique dans la turbine 21. pour fournir un courant servi-
détendu de GNL 22 ayant une température de -149°C et une
pression de 450 kPa. Le courant 22 était divisé en .un
courant majoritaire 23 et un courant minoritaire 24 ayant
des débits égaux respectivement à 19100 kmoles/h et 900
kmoles/h. Le courant majoritaire 23 subissait une première
réfrigération à -162°C par passage dans l'échangeur de .
chaleur 2, puis subissait une détente secondaire à travers
la vanne 3 pour fournir un courant majoritaire 23D de GNL
réfrigéré et détendu ayant une température de -166°C et une
pression de 120 kPa. Le courant minoritaire 24 était
réfrigéré à -164°C par passage dans l'échangeur indirect de
chaleur 13, puis subissait une détente à travers la vanne 25
pour produire un courant minoritaire 24D de GNL détendu et
réfrigéré ayant une température de -167°C et une pression de
120 kPa. Les courants majoritaire 23D et minoritaire 24D de
GNL réfrigérés et détendus étaient réunis pour former la
charge de GNL introduite, par le conduit 4, sur le plateau
de tête de la colonne 5 de déazotation comportant onze
plateaux numérotés de manière croissante vers le bas. Dans
la colonne 5, on prélevait les premiére et deuxième
fractions de GNL, les dirigeait vers l'échangeur indirect de
chaleur 2, puis les retournait à la colonne 5 comme
fractions de rebouillage comme indiqué dans l'exemple 1. La
première fraction de GNL, passant dans le conduit 6, avait
une température de -159,5°C et un débit de 19600 kmoles/h et .
la deuxième fraction de GNL, passant dans le conduit 8,
possédait une température de -165°C et, un débit de 19700
kmoles/h. En fond de la colonne 5, par le conduit 11, on
soutirait, avec un débit 'de 18520 kmoles/h, un courant de
,,w .
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GNL déazoté ayant une température de -158,5°C et une teneur
molàire en azote égale à 0,2%. En tête de la colonne 5., par
le conduit 10, on évacuait, avec un débit de 1976 kmoles/h,
une fraction gazeuse ayant une température de -169°C et une
pression ~de 120 kPa, ladite fraction renfermant, en
pourcentage molaire, 55,8% d'azote et 44,2% de méthane. La
température de la fraction gazeuse 10 était amenée à -45°C
puis à -25°C par passage successivement dans les échangeurs
indirects de chaleur 13 et 31, puis ladite fraction gazeuse
était envoyée à l'aspiration du premier compresseur 16 de
l'ensemble compresseur 15 pour être comprimée en trois
étages, tout d'abord dans les compresseurs 16 puis 18 et
enfin dans un compresseur final 26, ce dernier compresseur
étant entraîné par la turbine de détente 21. A la sortie du
compresseur 26, on obtenait 1976 kmoles/h d'un courant 20 de
gaz combustible comprimé, qui après refroidissement dans le
réfrigérant 27, avait une température de 40°C et une
pression de 2,5 MPa. Une fraction 28, représentant 500
kmoles/h, était prélevée sur le courant 20 de gaz
combustible comprimé. Ladite fraction était comprimée
jusqu'à une pression de 5,5 MPa dans le compresseur 29, puis
réfrigérée à -148°C par passage successivement dans le
réfrigérant 30, l'échangeur de chaleur 31 et l'échangeur de
chaleur 13, et enfin détendue par passage dans la vanne 32,
pour produire une fraction de gaz partiellement liquéfié
ayant une température de -186°,C et une pression de 120 kPa,
laquelle fraction de gaz partiellement liquéfié ~ était
injectée dans la colonne 5 de déazotation, par le conduit
33, comme fluide de reflux à un niveau de cette colonne
situé entre le plateau de tête et le niveau de départ du
conduit lo.
EXEMPLE 3 .
En faisant appel à une installation analogue à celle
schématisée sur la figure 3 du dessin annexé et fonctionnant
comme décrit précédemment, on traitait un GNL ayant les
mêmes composition, pression et débit que le GNL de l'exemple
1.
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zo~~oo318
La charge de GNL, arrivant par le conduit 1 avec une
température de -148,2°C, subissait une détente primaire
dynamique dans la turbine 21 pour fournir un courant semi-
détendu de GNL 22 ayant une température de -149°C et une
pression de 450 kPa. Le courant 22 était divisé en un
courant majoritaire 23 et un courant minoritaire 24 ayant
des débits égaux respectivement à 19100 kmoles/h et 900
kmoles/h. Le courant majoritaire 23 subissait une première
réfrigération à -162°C par passage dans l'échangeur de
chaleur 2, puis subissait une détente secondaire à travers
la vanne 3 pour fournir un courant majoritaire 23D de GNL
réfrigéré et détendu ayant une température de -166°C et une
pression de 120 kPa. Le courant minoritaire 24 était
réfrigéré à -164°C par passage dans l'échangeur de chaleur
13, puis subissait une détente à travers la vanne 25 pour
produire un courant minoritaire 24D de GNL détendu et
réfrigéré ayant une température de -167°C et une pression de
120 kPa. Les courants majoritaire 23D et minoritaire 24D de
GNL réfrigérés et détendus étaient réunis pour former la
charge de GNL introduite, par le conduit 4, sur le troisième
plateau de la colonne de déazotation comportant onze
plateaux numérotés de manière croissante vers le bas. Dans
la colonne 5, on prélevait les première et deuxiéme
fractions de GNL, ies dirigeait vers l'échangeur indirect de
chaleur 2, puis les retournait à la colonne 5 comme
fractions de rebouillage comme indiqué dans l'exemple 2. La
première fraction de GNL, passant dans le conduit 6, avait
une température de -159,5°C et un débit de 1.9610 kmoles/h et
la deuxième fraction de GNL, passant dans le conduit 8,
possédait une température de -165°C et un débit de 19710
kmoles/h. A un niveau de la colonne 5 situé entre le plateau
de tête et le niveau de départ du conduit 10, on injectait,
par le conduit 33, comme fluide de reflux une fraction de
gaz partiellement liquéfié ayant une température de -184,5°C
et une pression de 120 kPa. En fond de la colonne 5, par le
conduit 11, on soutirait, avec un débit de 18530 kmoles/h,
un courant de GNL déazoté ayant une température de -158,5°C
et une teneur molaire en azote égale à 0,2%.
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19
En tête de la colonne 5, par le conduit 10, on évacuait,
avec un débit-de 1875 kmoles/h, une fraction gazeuse ayant
une température de -168°C et une pression de 120 kPa, ladite
fraction renfermant, en pourcentage molaire, 52,9% d'azote
et 47,1% de méthane. La température de la fraction gazeuse
était amenée à -45°C puis à -28°C par passage
successivement dans les échangeurs indirects de chaleur 13
et 31, puis ladite fraction était comprimée en trois étages
comme décrit dans l'exemple 2. A la sortie du compresseur
10 26, . on obtenait 1875 kmoles/h d'un courant 20 de gaz
combustible comprimé, qui après refroidissement dans le
réfrigérant 27, avait une température de 40°C et une
pression de 2,5 MPa. Une fraction 28, représentant 500
kmoles/h, était prélevée sur le courant 2o de gaz
combustible comprimé. Ladite fraction était comprimée
jusqu'à une pression de 5,5 MPa dans le compresseur 29, puis
réfrigérée par passage successivement dans le réfrigérant
30, l'échangeur de chaleur 31 et l'échangeur de chaleur 13
pour fournir une fraction de gaz liquéfié 28R ayant une
température de -148°C et une pression de 5,4 MPa, laquelle
fraction 28R était divisée en un premier flux 34 et un
second flux 35 de gaz liquéfié, lesdits flux ayant
respectivement des débits égaux à 1 kmole/h et 499 kmoles/h.
On soumettait le premier flux 34 de gaz liquéfié à une
détente à travers la vanne 32 pour former un flux détendu
34D ayant une température de -185°C et une pression de 120
kPa. On soumettait le second flux 35 de gaz liquéfié à une
détente à travers la vanne 36, pour fournir un second flux
35D détendu ayant une température de -165°C et une pression
de 710 kPa et soumettait le flux 35D à un fractionnement
dans la colonne de distillation 37 comportant onze plateaux.
En fond de la colonne 37, on soutirait 403 kmoles/h d'un
courant liquide 38 constitué, en pourcentage molaire, de
41,7% d'azote et de 58,3% de méthane. Ledit courant 38 était
soumis à une détente à travers la vanne 39 pour former un
courant biphasique détendu 40 ayant une température de
-185°C et une pression de 135 kPa, lequel courant 40 .passait
dans la partie supérieure de la colonne de distillation 37
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en échange indirect de chaleur avec le contenu de cette
colonne, à un niveau situé entre le plateau de tête de
ladite colonne et le niveau de départ du conduit 41 en tête
de la colonne, après quoi ledit courant 40 était réuni au
flux détendu 34D pour former la fractïon de gaz
partiellement liquéfié injectée comme fluide de reflux dans
la colonne 5 de déazotation. En tête de la colonne de
distillation 37, on évacuait un courant gazeux 41 constitué,
en pourcentage molaire, de 99,9% d'azote et de 0,1% de
méthane, ledit courant ayant un débit de 96 kmoles/h, une
température de -174,5°C et une pression de 700 kPa. Le
courant gazeux 41 était amené à passer successivement dans
les échangeurs indirects de chaleur 13 et 31 pour récupérer
les frigories qu'il contenait et produire un courant d'azote
41R ayant une température de 30°C et une pression de
680 kPa.
EXEMPLE 4 .
En faisant appel à une installation analogue à celle
schématisée sur la figure 4 du dessin annexé et fonctionnant
comme décrit précédemment, on traitait un GNL ayant les
mêmes composition, pression et débit que le GNL de l'exemple
1 et une température de -146°C.
La charge de GNL, arrivant par le conduit 1,
subissait une détente primaire dynamique dans la turbine 21
pour fournir un courant semi-détendu de GNL 22 ayant une
température de -14,6°C et une pression de 500 kPa. Le courant
22 était divisé en un courant majoritaire 23 et un courant
minoritaire 24 ayant des débits égaux respectivement ~ 19100
kmoles/h et 900 kmoles/h. Le courant majoritaire 23 était
détendu à une pression de 387 kPa par passage à travers la
vanne 42 et se séparait dans le ballon séparateur 43 en une
fraction gazeuse et une fraction de GNL. En tête du
séparateur, on évacuait une phase gazeuse 45 constituée, en
pourcentage molaire, de 39,22% d'azote, de 60,76% de méthane
et de 0,02% d'éthane et possédant un débit de 455 kmoles/h,
une température de -149°C et une pression de 387 kPa.
En fond du séparateur, on soutirait, avec un débit
de 18645 kmoles/h, un courant 44 de GNL ayant une
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température de -149°C et une pression de 390 kPa. Le
courant 44 de GNL subissait une réfrigération à -162°C par
passage dans l'échangeur de chaleur 2, puis subissait une
détente secondaire à travers la vanne 3 pour fournir un
courant majoritaire 44D de GNL réfrigéré et détendu ayant
une température de -165°C et une pression de 120 kPa. Le
courant minoritaire 24 était réfrigéré à -164°C par passage
dans l'échangeur de chaleur 13, puis subissait une détente à
travers la vanne 25 pour produire un courant minoritaire 24D
de GNL détendu et réfrigéré ayant une température de -166°C
et une pression de 120 kPa. Les courants majoritaire 44D et
minoritaire 24D de GNL réfrigérés et détendus étaient réunis
pour former la charge de GNL introduite, par le conduit 4,.
sur le troisième plateau de la colonne 5 de déazotation
comportant onze plateaux numérotés de manière croissante
vers le bas. Dans la colonne 5, on prélevait les première et
deuxième fractions de GNL, les dirigeait vers l'échangeur
indirect de chaleur 2, puis les retournait à la colonne 5
comme fractions de rebouillage comme indiqué dans l'exemple
3. Ira première fraction de GNL, passant dans le conduit 6,
avait une température de -159,5°C et un débit de 19470
kmoles/h et la deuxiëme fraction de GNL, passant dans le
conduit 8, possédait une température de -164'C et un débit
de 19660 kmoles/h. A un niveau de la colonne 5 situé entre
le plateau de tête et le niveau de départ du conduit 10, on
injectait, par le conduit 33, comme fluide de reflux une
fraction de gaz partiellement liquéfié ayant une température
de -182 ° C, un débit de 740 kmoles/h et une pression de 120
kPa. En fond de la colonne 5, par le conduit 11, on
soutirait 18520 kmoles/h d'un courant de GNL déazoté ayant
une température de -158,5°C et une teneur molaire en azote
. égale à 0,2%. En tête de la colonne 5, par le conduit 10, on
évacuait, avec un débit de 1760 kmoles/h, une fraction
gazeuse ayant une température de -168°C et une pression de
120 kPa, ladite fraction renfermant, en pourcentage molaire,
52,1% d'azote et 47,9% de méthane.
La température de la fraction gazeuse 10 était
amenée à -40°C par passage dans l'échangeur de chaleur 13,
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2flfl90fl3
22
puis ladite fraction. était envoyée à l'aspiration du
compresseur 16 de l'ensemble compresseur 15 pour être
comprimée en quatre étages, tout d'abord dans les
compresseurs successifs 16,46 et 18 et enfin dans le
compresseur final 26, ce dernier compresseur étant entraîné
par la turbine de détente 21. La phase gazeuse 45, évacuée
en tête du séparateur 43, passait successivement dans les
échangeurs de chaleur 13 et 21 pour récupérer les frigories
qu'elle contenait et elle était ensuite envoyée, avec une
température de 38°C, à l'aspiration du compresseur 46, qui
est également alimenté par le compresseur 16. A la sortie du
compresseur 26, on obtenait 2215 kmoles/h d'un courant 20 de
gaz combustible comprimé, qui après refroidissement dans le
réfrigérant 27, avait une température de 40°C et une
pression de 2,5 MPa. Une fraction 28, représentant 925
kmoles/h, était prélevée sur le courant 20 de gaz
combustible comprimé. Ladite fraction était comprimée
jusqu'à une pression de 7 MPa dans le compresseur 29, puis
réfrigérée par passage successivement dans le réfrigérant
30, l'échangeur~de chaleur 31 et l'échangeur de chaleur 13,
pour fournir une fraction de gaz liquéfié 28R ayant une
température de -146°C et une pression de 6,9 MPa, laquelle
fraction 28R était divisée en un premier flux 34 et un
second flux 35 de gaz liquéfié, lesdits flux ayant
respectivement des débits égaux à 1 kmole/h et 924 kmoles/h.
On soumettait le premier flux 34 de gaz liquéfié à une
détente à travers la vanne 32 pour former un flux détendu
34D ayant une température de -183 ° C et une pression de 120
kPa. On soumettait le second flux 35 de gaz liquéfié à une
détente à travers la vanna 36, pour fournir un second flux
35D détendu ayant une température de -163°C et une pression
de 710 kPa et soumettait le flux 35D à un fractionnement
dans la colonne de distillation 37 comportant onze plateaux.
En fond de la colonne 37, on soutirait 740 kmoles/h d'un
courant liquide 38 constitué, en pourcentage molaire, de
36,9% d'azote et de 63,2% de méthane et renfermant moins de
50 p.p.m. molaire d'éthane.
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Ledit courant 38 était soumis à une détente à travers la
vanne 39 pour former un courant biphasique détendu 40 ayant
une température de -183°C et une pression de 135 kPa, lequel
courant 40 passait dans la partie supérieure de la colonne
de distillation en échange de chaleur indirect avec le
contenu de cette colonne comme indiqué dans l'exemple 3,
après quoi ledit courant 40 était réuni au flux détendu 34D
pour former la fraction de gaz partiellement liquéfié
injectée comme fluide de reflux dans la colonne 5 de
l0 déazotation. En tête de la colonne de distillation 37, on
évacuait un courant gazeux 41 constitué, en pourcentage
molaire, de 99,9% d'azote et de 0,1% de méthane, ledit
courant ayant un débit de 184 kmoles/h, une température de
-174,5°C et une pression de 700' kPa. Le courant gazeux 41
était amené à passer successivement dans les échangeurs
indirects de chaleur 13 et 31 pour récupérer les frigories
qu'il contenait et produire un courant d'azote 41R ayant une
température de 36,5°C et une pression de 680 kPa.